2020版高考物理总复习 5 第1讲 功功率课件 新人教版

必考部分第五章机械能及其守恒定律第1讲功功率基础·全面落实考点·深度研析素能·专项突破真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、功1．做功的两个要素：和物体在发生的位移。2．公式：W＝Fxcosα，α代表的方向和的方向间的夹角。3．功是标量：只有大小，没有方向，但有。力力的方向上力位移正负4．功的正负的判断夹角功的正负0°≤α90°W0，力对物体做功90°α≤180°W0，力对物体做功，也就是物体克服这个力做了功α＝90°W＝0，力对物体，也就是力对物体做功为零正不做功负二、功率1．定义：功跟完成这些功的比值叫功率。功率是表示做功的物理量，是标量。2．公式：(1)P＝Wt，定义式求的是功率。(2)P＝Fvcosα，α为的夹角。若v是平均速度，则P为平均功率；若v是瞬时速度，则P为瞬时功率。3．单位：瓦特(W)。1W＝1J/s,1kW＝1000W。4．额定功率：表示机器长时间时最大的输出功率。实际功率：表示机器时的输出功率。所用时间快慢平均F与v正常工作实际工作×”。)1．功是标量，功的正负表示大小。()2．一个力对物体做了负功，说明这个力一定阻碍物体的运动。()3．滑动摩擦力可能做正功，也可能做负功；静摩擦力对物体一定不做功。()4．作用力对物体做正功，反作用力一定做负功。()5．根据P＝Fv可知，发动机功率一定时，交通工具的牵引力与运动速度成反比。()×√××√1．(功的正负判断)(多选)如图所示，木块M上表面是水平的，当木块m置于M上，并与M一起沿固定的光滑斜面由静止开始下滑，在下滑过程中()A．重力对m做正功B．M对m的支持力对m做负功C．M对m的摩擦力对m做负功D．m所受的合外力对m做负功解析对m受力分析，位移分析如图所示，其中重力与位移夹角为锐角，做正功，A项正确；支持力与位移夹角为钝角，做负功，B项正确；摩擦力与位移夹角为锐角，做正功，C项错误；m所受合力沿斜面向下，故合力做正功，D项错误。答案AB2．(功的公式)起重机吊钩下挂一质量为m的水泥袋，如果水泥袋以加速度a匀减速下降了距离h，重力加速度为g，则水泥袋克服钢索拉力做的功为()A．mghB．m(g－a)hC．m(g＋a)hD．m(a－g)h解析以水泥袋为研究对象，在匀减速下降的过程中，加速度方向向上，由牛顿第二定律知，F－mg＝ma，则钢索拉力F＝m(g＋a)；水泥袋下降了距离h，水泥袋克服钢索拉力做功W克＝m(g＋a)h，C项正确。答案C3．(功率的理解)在光滑的水平面上，用一水平拉力F使物体从静止开始移动x，平均功率为P，如果将水平拉力增加为4F，使同一物体从静止开始移动x，平均功率为()A．2PB．4PC．6PD．8P解析设第一次运动时间为t，则其平均功率表达式为P＝Fxt；第二次加速度为第一次的4倍，由x＝12at2可知时间为t2，其平均功率为4Fxt2＝8Fxt＝8P，D项正确。答案D考点·深度研析核心考点分层突破考点1功的计算考|点|速|通1．恒力做的功直接由W＝Flcosα计算。2．合外力做的功方法一：先求合外力F合，再用W合＝F合lcosα求功。方法二：先求各个力做的功W1、W2、W3…，再应用W合＝W1＋W2＋W3＋…求合外力做的功。3．变力做的功(1)应用动能定理求解。(2)用W＝Pt求解，其中变力的功率P不变。(3)常用方法还有转换法、微元法、图象法、平均力法等，求解时根据条件灵活选取。典|例|微|探【例1】如图所示，木板质量为M，长度为L，小木块质量为m，水平地面光滑，一根不计质量的轻绳跨过定滑轮分别与M和m连接，小木块与木板间的动摩擦因数为μ，开始时木块静止在木板左端，现用水平向右的力将m拉至右端，已知重力加速度为g，则拉力至少做功为()A．μmgLB．2μmgLC．μmgL2D．μ(M＋m)gL解析m缓慢运动至右端，拉力F做功最小，其中F＝μmg＋T，T＝μmg，小木块位移为L2，所以WF＝F·L2＝μmgL，A项正确。答案A题|组|冲|关1.(多选)如图所示，倾角为θ的斜劈放在水平面上，斜劈上用固定的竖直挡板挡住一个光滑的质量为m的小球，当整个装置沿水平面以速度v向左匀速运动时间t时，已知重力加速度为g，以下说法正确的是()A．小球的重力做功为零B．斜劈对小球的弹力做功为mgvtcosθC．挡板对小球的弹力做功为零D．合力对小球做功为零解析小球的重力与速度方向始终垂直，不做功，A项正确；由于小球匀速，对小球受力分析如图。可求得斜劈对小球的弹力为N＝mgcosθ，做功为WN＝Nvtsinθ＝mgvttanθ，挡板的弹力为F＝mgtanθ，做功为WF＝－Fvt＝－mgvttanθ，故B、C两项均错误；小球受到的合力为零，则合力对小球做功为零，D项正确。答案AD2.一辆正沿平直路面行驶的车厢内，一个面向车前进方向站立的人对车厢壁施加水平推力F，在车前进s的过程中，下列说法正确的是()A．当车匀速前进时，人对车做的总功为正功B．当车加速前进时，人对车做的总功为负功C．当车减速前进时，人对车做的总功为负功D．不管车如何运动，人对车做的总功都为零解析人对车施加了三个力，分别是压力、推力F、静摩擦力f，根据力做功的公式及作用力和反作用力的关系判断做正功还是负功。当车匀速前进时，人对车厢壁的推力F做的功为WF＝Fs，静摩擦力做的功为Wf＝－fs，人处于平衡状态，根据作用力与反作用力的关系可知，F＝f，则人对车做的总功为零，A项错误；当车加速前进时，人处于加速状态，车厢对人的静摩擦力f′向右且大于车厢壁对人的作用力F′，所以人对车厢的静摩擦力f向左，静摩擦力做的功Wf＝－fs，人对车厢的推力F方向向右，做的功为WF＝Fs，因为fF，所以人对车做的总功为负功，B项正确，D项错误；同理可以证明当车减速前进时，人对车做的总功为正功，C项错误。答案B考点2功率的计算考|点|速|通1．平均功率的计算(1)利用P＝Wt。(2)利用P＝F·vcosα，其中v为物体运动的平均速度。2．瞬时功率的计算(1)利用公式P＝F·vcosα，其中v为t时刻的瞬时速度。(2)利用公式P＝F·vF，其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度。(3)利用公式P＝Fv·v，其中Fv为物体受的外力F在速度v方向上的分力。典|例|微|探【例2】(多选)质量为m的物体静止在光滑水平面上，从t＝0时刻开始受到水平力的作用。力的大小F与时间t的关系如图所示，力的方向保持不变，则()A．3t0时刻的瞬时功率为5F20t0mB．3t0时刻的瞬时功率为15F20t0mC．在t＝0到3t0这段时间内，水平力的平均功率为23F20t04mD．在t＝0到3t0这段时间内，水平力的平均功率为25F20t06m解析2t0时的速度v1＝F0m·2t0,0～2t0时间内的位移l1＝12·F0m·(2t0)2＝2F0t20m，F做功W1＝F0l1＝2F20t20m，3t0时的速度v2＝3F0m·t0＋v1＝5F0t0m，3t0时刻的瞬时功率P＝3F0·v2＝15F20t0m，故B项正确，A项错误；2t0～3t0时间内的位移l2＝v1t0＋12·3F0m·t20＝7F0t202m，F做的功W2＝3F0l2＝21F20t202m。0～3t0时间内F的平均功率P＝W1＋W23t0＝25F20t06m，故D项正确，C项错误。答案BD求解功率时应注意的三个问题1．首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率。2．平均功率与一段时间对应，计算时要明确是哪个力在哪段时间内的平均功率。3．瞬时功率要明确是哪个力在哪个时刻的功率。题|组|冲|关1．(2019·安徽江淮十校第二次联考)如图所示，三个相同小球甲、乙、丙的初始位置在同一水平高度。小球甲从竖直固定的四分之一光滑圆弧轨道顶端由静止滑下，轨道半径为R，轨道底端切线水平。小球乙从离地高为R的某点开始做自由落体。小球丙从高为R的固定光滑斜面顶端由静止滑下。则()A．甲、乙、丙刚到达地面时速度相同B．甲、丙两球到达轨道底端时重力的瞬时功率相同C．乙球下落过程中重力的平均功率大于丙球下滑过程中重力的平均功率D．若仅解除光滑斜面与光滑水平地面间的固定，丙球释放后斜面对其不做功解析甲、乙、丙球刚到达地面时速度大小相同方向不同，A项错误；甲球到达轨道底端时速度方向与重力方向垂直，重力的瞬时功率为零，而丙球到达轨道最低点时重力的瞬时功率并不为零，B项错误；乙球下落和丙球下滑过程中重力做功相同，但乙球下落时间较短，乙球下落过程中重力的平均功率较大，C项正确；解除光滑斜面与光滑水平地面间的固定后释放丙球，丙球下滑过程中斜面将会发生移动，支持力对丙球做负功，D项错误。答案C2．质量为1kg的物体静止于光滑水平面上，t＝0时刻起，物体受到向右的水平拉力F作用，第1s内F＝2N，第2s内F＝1N。下列判断正确的是()A．2s末物体的速度为4m/sB．2s内物体的位移为3mC．第1s末拉力的瞬时功率最大D．第2s末拉力的瞬时功率最大解析由牛顿第二定律知第1s内物体的加速度大小为2m/s2，第2s内的加速度大小为1m/s2，则第1s末物体的速度大小为v1＝a1t1＝2m/s，第2s末物体的速度大小为v2＝v1＋a2t2＝3m/s，A项错误；2s内物体的位移为x＝12a1t21＋(v1t2＋12a2t22)＝3.5m，B项错误；第1s末拉力的瞬时功率为P1＝F1v1＝4W，第2s末拉力的瞬时功率为P2＝F2v2＝3W，C项正确，D项错误。答案C考点3机车的启动问题考|点|速|通1．机车的两种启动方式2.三个重要关系式(1)无论哪种运行过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即vm＝PFmin＝PFf(式中Fmin为最小牵引力，其值等于阻力Ff)。(2)机车以恒定加速度启动的运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大，速度不是最大，即v＝PFvm＝PFf。(3)机车以恒定功率运行时，牵引力做的功W＝Pt。由动能定理：Pt－Ffx＝ΔEk。此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移大小。典|例|微|探【例3】汽车发动机的额定功率为60kW，汽车的质量为5×103kg，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍(g取10m/s2)，试求：(1)若汽车保持额定功率不变从静止启动，汽车所能达到的最大速度是多大？当汽车的加速度为2m/s2时速度是多大？(2)若汽车从静止开始，保持以0.5m/s2的加速度做匀加速直线运动，这一过程能维持多长时间？解析汽车运动中所受阻力大小为f＝0.1mg。①(1)当a＝0时速度最大，牵引力最小等于f的大小，则最大速度vmax＝Pf，②联立①②解得vmax＝12m/s。设汽车加速度为2m/s2时牵引力为F1，由牛顿第二定律：F1－f＝ma，③此时汽车速度v1＝PF1，④联立③④并代入数据得v1＝4m/s。(2)当汽车以a′＝0.5m/s2匀加速运动时，设牵引力为F2。由牛顿第二定律：F2－f＝ma′，⑤汽车匀加速过程所能达到的最大速度vt＝PF2，⑥联立①⑤⑥并代入数据解得t＝vta′＝16s。答案(1)12m/s4m/s(2)16s机车启动问题的求解方法1．机车的最大速度vmax的求法机车以额定功率做匀速运动时速度最大，此时牵引力F等于阻力Ff，故vmax＝PF＝PFf。2．匀加速启动时，做匀加速运动的时间t的求法牵引力F＝ma＋Ff，匀加速运动的最大速度v′max＝P额ma＋Ff，时间t＝v′maxa。3．瞬时加速度a的求法根据F＝Pv求出牵引力，则加速度a＝F－Ffm。题|组|冲|关1．质量为m的汽车，启动后沿平直路面行驶，如果发动机的功率恒为P，且行驶过程中受到摩擦阻力大小一定，汽车速度能够达到的最大值为v，那么当汽车的车速为v3时，汽车的瞬时加速度的大小为()A.PmvB.2PmvC.3PmvD.4Pmv解析当汽车匀速行驶时，有f＝F＝Pv，根据P＝F′v3，得F′＝3Pv，由牛顿第二定律得a＝F′－fm＝3Pv－Pvm＝2Pmv，故B项正确。答案B2．汽车在平直公路上以速度v0匀速行驶，发动机功率为P；快进入闹市区时，司机减小了油门，使汽